風(fēng)與觀測環(huán)境

李鳳云，王玉山，楊建紅，潘清未

(山東省德州市氣象局，山東 德州 253078)

1 引言

由于風(fēng)對于地球上熱量和水分的輸送起著重要作用，直接影響著各地區(qū)天氣的變化和氣候特征。觀測環(huán)境是為避開各種干擾，保證氣象探測設(shè)施準(zhǔn)確獲取探測信息所必需的最小距離所構(gòu)成的環(huán)境空間，是觀測數(shù)據(jù)代表性、準(zhǔn)確性、比較性(以下簡稱“三性”)的重要保證［1］。因此，中國氣象局一再強(qiáng)調(diào)，嚴(yán)格執(zhí)行氣象探測環(huán)境保護(hù)條例，確保獲取的氣象資料具有“三性”。但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，有諸多因素不可抗拒。

德州觀測站在2006年前由于觀測環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，觀測資料已失去“三性”，經(jīng)上級氣象主管部門批準(zhǔn)，于2006年1月1日搬到符合《地面氣象觀測規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)要求的新觀測場進(jìn)行觀測，可是“好境”不長，2008年12月下旬開始至2009年，皇明集團(tuán)在觀測場東北—北西北方蓋起了居民樓，氣象要素觀測再次受到影響，特別是對風(fēng)記錄的影響尤為嚴(yán)重。吳利紅等曾對浙江省近34 a平均風(fēng)速序列均一性進(jìn)行過研究［2］;高曉蓉等對五臺(tái)山歷史資料均一性進(jìn)行分析［3］;文獻(xiàn)［4］－［11］曾對觀測環(huán)境對氣象要素的影響進(jìn)行過探討，均得出觀測環(huán)境出現(xiàn)障礙物使風(fēng)速減小的結(jié)論，但觀測環(huán)境對風(fēng)向及其出現(xiàn)頻率影響有多大至今不曾發(fā)現(xiàn)有人研究。由于德州觀測場遷站不久，短時(shí)間內(nèi)再次遷站存在一定難度，因此作者根據(jù)現(xiàn)有狀況對本站不同時(shí)期以及與臨站同時(shí)期的風(fēng)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便氣象人員更好的利用本站資料服務(wù)于社會(huì)。針對增雨作業(yè)的時(shí)機(jī)選擇需要更進(jìn)一步深入研究。

2 資料與處理

2.1 資料來源與測點(diǎn)環(huán)境

資料來源于德州觀測站和陵縣觀測站，兩站相距約30 km，屬于魯西北平原。2006—2008年12月上旬德州觀測環(huán)境符合《規(guī)范》要求，之后皇明集團(tuán)在觀測場東北—北西北方向逐漸蓋起了居民樓“蔚來城”(以下稱建筑物)，樓體并未成排，之間存有一定距離。其中東北方向樓高54 m，距觀測場215 m(下面所說“距離”均指樓房距觀測場的距離)，仰角14°，寬度角11°;北東北方向樓高36 m，距離171 m，仰角12°，寬度角19°;北方樓高36 m，距離162 m，仰角13°，寬度角22°;北西北方向樓高54 m，距離171 m，仰角18°，寬度角17°。陵縣2006—2012年觀測環(huán)境變化不大，基本符合《規(guī)范》要求。

2.2 資料統(tǒng)計(jì)方法

選取德州與陵縣2006—2012年逐年風(fēng)的16 方位資料中:風(fēng)速合計(jì)、出現(xiàn)回?cái)?shù)、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速及年最多風(fēng)向和頻率，統(tǒng)計(jì)方法如下:

某風(fēng)向平均風(fēng)速=歷年該風(fēng)向的風(fēng)速年合計(jì)之和/歷年該風(fēng)向出現(xiàn)次數(shù)之和

某風(fēng)向平均出現(xiàn)回?cái)?shù)=歷年該風(fēng)向出現(xiàn)回?cái)?shù)總和/資料統(tǒng)計(jì)年份。

3 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.1 趨勢變化

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn):德州與陵縣NE、NNE、N、NNW 4個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)次數(shù)、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速在2009年前2站接近，2009年后德州在以上4個(gè)方向明顯小于陵縣，以N 最突出。E、NW、WNW 3個(gè)風(fēng)向，2009年前，3個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)次數(shù)2 站接近，2009年后德州出現(xiàn)次數(shù)呈明顯增加趨勢，E 尤為明顯，但平均風(fēng)速、最大風(fēng)速變化不大，變化趨勢與陵縣接近;其他方向雖有變化，但變化趨勢兩站接近。

3.2 建筑物遮擋前后平均狀況

統(tǒng)計(jì)建筑物遮擋前后得出結(jié)果(見表1)，因從平均狀況來看，建筑物阻擋方向最大風(fēng)速變化不太明顯，所以表中只列出了平均回?cái)?shù)和平均風(fēng)速。

表1 德州與陵縣2006—2012年各風(fēng)向年平均出現(xiàn)次數(shù)(次)。平均風(fēng)速(m/s)

續(xù)表1 德州與陵縣2006—2012年各風(fēng)向年平均出現(xiàn)次數(shù)(次)。平均風(fēng)速(m/s)

從表1 看出:在2006—2008年，德州N、NNE、S、NNW 4個(gè)風(fēng)向平均出現(xiàn)次數(shù)多于陵縣，以N、S 最明顯，而2009—2012年明顯少于陵縣;德州E、ESE、SSE 3個(gè)風(fēng)向平均出現(xiàn)次數(shù)在2006—2008年接近陵縣，而2009—2012年多于陵縣，以E 最明顯。從表1 中還可以看出，年平均出現(xiàn)次數(shù)最多風(fēng)向由2006—2008年的S 轉(zhuǎn)為E(即年最多風(fēng)向發(fā)生了變化)。綜合表1 得出德州站2009—2012年比2006—2008年:N年均出現(xiàn)次數(shù)減少79 次，平均風(fēng)速減少0.9 m/s;NNE年均出現(xiàn)次數(shù)減少57 次，平均風(fēng)速減少0.8 m/s;NE年均出現(xiàn)次數(shù)減少40 次，平均風(fēng)速減少0.9 m/s;NNW年均出現(xiàn)次數(shù)減少29次，平均風(fēng)速減少0.1 m/s;從表1 中還可以看出:其他方向同樣不同程度受到影響，由此可知:測站某方出現(xiàn)障礙物時(shí)，不但對障礙物所在方向的風(fēng)造成影響，對相鄰或相對方向也會(huì)有影響。

統(tǒng)計(jì)德州和陵縣2006—2012年年最多風(fēng)向及出現(xiàn)頻率得出表2，從表中可看出，在2006—2009年德州和陵縣最多風(fēng)向及出現(xiàn)頻率相近或相同，2009年德州站在東北—北西北方向樓房逐步建成，對年最多風(fēng)向影響不大，但2010—2012年明顯發(fā)生變化，由S(或SSW)變?yōu)镋，風(fēng)的出現(xiàn)回?cái)?shù)發(fā)生變化，從而影響年主導(dǎo)風(fēng)向，而陵縣觀測環(huán)境變化不大，所以年最多風(fēng)向基本沒變。

表2 德州和陵縣2006—2012年年最多風(fēng)向及出現(xiàn)頻率(%)

4 原因分析

樓體之間雖有間隙但因以北方為主，所以N 出現(xiàn)回?cái)?shù)、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速影響最明顯，而由于空氣具有鈍體繞流現(xiàn)象，當(dāng)北方來的空氣遇到建筑物時(shí)，一部分從樓體之間沿北方影響測站(此股空氣因受建筑物阻擋，勢力明顯被削弱，從而導(dǎo)致平均風(fēng)速、最大風(fēng)速減小)，另外一部分分別繞西北和東方影響測站;而從北東北、東北方來的空氣，一部分沿樓體間隙分別從北東北、東北方影響測站(同樣這兩方向空氣勢力減弱，平均風(fēng)速、最大風(fēng)速減小)另一部分繞過建筑物從E 方影響測站，這樣就變成北方、北東北方、東北方來的空氣再加?xùn)|方本身4個(gè)方向的空氣均從東方影響測站，從而使E 出現(xiàn)回?cái)?shù)明顯增加，而北西北方來的空氣一部分從樓體之間沿北西北方影響測站(此股空氣同樣受阻，勢力減弱，平均風(fēng)速、最大風(fēng)速減小)，另一部分空氣從西北影響測站，因此西北方受北方來的一部分、北西北來的一部分再加西北本身3 方來的空氣影響，相對而言，NW 出現(xiàn)回?cái)?shù)雖然呈增加趨勢，但沒有E 明顯。又因空氣鈍體繞流并不十分有規(guī)律，所以其相鄰的ESE、WNW 出現(xiàn)回?cái)?shù)也呈增加趨勢。而建筑物相對方向，也因其對流方向受阻，從而使風(fēng)向出現(xiàn)回?cái)?shù)、平均風(fēng)速發(fā)生變化。德州站多年的年最多風(fēng)向S 或SSW 雖然與陵縣變化趨勢相同，因S 減少幅度明顯大于陵縣，而E 出現(xiàn)回?cái)?shù)明顯增多，因此，年主導(dǎo)風(fēng)向發(fā)生變化，由原來的S(或SSW)轉(zhuǎn)為E。

5 結(jié)論與建議

①當(dāng)測站附近出現(xiàn)障礙物時(shí)，不但障礙物方向風(fēng)記錄發(fā)生變化，其相鄰或相對方向風(fēng)也發(fā)生變化，從而使該站風(fēng)資料失去代表性、準(zhǔn)確性、比較性。

②測站周圍環(huán)境出現(xiàn)障礙物時(shí)，不僅對風(fēng)資料有影響，對其他氣象要素同樣有影響，有待于進(jìn)一步研究。

③觀測環(huán)境保護(hù)是一項(xiàng)重要且亟待解決的問題，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行觀測環(huán)境保護(hù)條例，地方人民政府應(yīng)當(dāng)按照氣象設(shè)施建設(shè)規(guī)劃的要求，合理安排氣象設(shè)施建設(shè)用地，保障氣象設(shè)施建設(shè)順利進(jìn)行，確保觀測資料具備“三性”，以使氣象更好的服務(wù)于社會(huì)。

［1］中國氣象局. 地面氣象觀測規(guī)范［M］. 北京:氣象出版社，2003.

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